EUV: D램의 조용한 혁신이 예견하는 미래

더 작고 빠르고 성능 좋은 제품. D램 시장의 최대 관심사는 늘 소형화와 품질개선이었다. 이런 분위기가 형성된 이유는 제조업체들의 단순한 역량 과시 욕구 때문이 아니라, 이전 세대보다 진보한 혁신과 개선의 필요성이 항상 존재해 왔기 때문이다. 최근 이룬 혁신은 황금기를 구가할 준비가 되어 있으며 기기의 형태와 기능 또한 크게 변화시킬 것으로 기대된다. 이 모든 것을 가능하게 하는 기술이 바로 EUV (Extreme Ultraviolet, 극자외선) 공정이다. 메모리 시장은 치열한 경쟁 속에 있다. 그러나 업계를 근본적으로 뒤흔드는 혁신은 하루 아침에 이루어지지 않는다. 따라서 반드시 지금 미래를 준비해야 한다. EUV가 D램의 미래를 밝혀줄 신기술이기는 하지만, 현재 업계 전반에서 주로 활용되는 기술은 DUV (Deep Ultraviolet, 심자외선) 공정이다. DUV는 현 세대 반도체에 적합하지만, EUV의 상용화가 시작된 지금은 현 공정의 한계를 극복하고 새로운 메모리 생산 방식을 개발해 앞으로 나아가야 할 때이다. EUV로 열어가는 새로운 세계 주위를 둘러보면 광범위한 기기 네트워크에 연결되는 기술을 발견할 수 있을 것이다. 실제로 IoT, AI, 5G의 성장으로 D램 개발 방식에도 변화가 요구돼 왔다. 현재 메모리 제조 시 보다 정밀한 공정이 필요하며, EUV 공정에 활용되는 초미세 자외선은 업계가 향후 널리 보급될 D램 솔루션을 구현하는 데 반드시 필요한 요소이다. EUV는 크기의 문제와 연관된다. 컴퓨터의 프로세서 속도 또는 전반적 프로세싱 파워가 2년마다 두 배로 늘어난다는 무어의 법칙을 생각해 보자. 지금까지는 이 법칙이 계속 적용돼 왔지만, 점점 실현이 어려워지고 있다. 연구원들이 최우선순위로 여기는 과제는 향후 대용량 메모리 수요 증가에 대비해 동일한 면적과 크기의 메모리에 보다 많은 용량을 저장할 수 있는 기술을 개발하는 것이다. EUV가 여러 장점을 갖는 이유는 리소그래피에 대한 독특한 접근방식에 있다. 이전에는 업계가 점진적인 개선에 의존했지만, EUV가 구현하는 혁신은 판도를 획기적으로 바꿀 것으로 예상된다. 반도체 제조에 활용되는 리소그래피는 필름 사진과 유사하다. 빛을 활용해 이미지를 기판으로 전송하는데, 리소그래피의 경우 실리콘 웨이퍼가 기판의 역할을 한다. 공정 시, 빛이 회로 패턴 스텐실과 일련의 광학 렌즈가 장착된 마스크를 통과해 이미지를 축소하고 실리콘에 투사한다. 추가적인 광선과 화학 공정이 진행된 이후에도, 회로 패턴은 웨이퍼 위에 그대로 남게 된다. 장족의 발전 기존의 공정과의 차이점도 있다. 공정이 193nm 파장을 활용하는 반면, EUV 공정은 13.5nm의 파장을 활용하는 발전을 이뤘다. 이를 통해 보다 미세한 회로를 새길 수 있어 동일한 표면적에 저장 가능한 데이터의 양이 늘어난다. 회로를 보다 미세하게 만들면 단일 칩 안에 더 많은 로직 게이트를 탑재할 수 있다. 결국 칩의 성능은 강해지고 에너지 효율 역시 증가한다. EUV를 활용할 때 칩의 표면적을 훨씬 효율적으로 쓸 수 있기 때문에, 수많은 업체가 이 기술을 다듬어 자체 생산라인에 적용하기 위해 많은 노력을 기울이고 있다. EUV 공정을 거쳐 제작한 칩은 작지만 성능이 뛰어나고, 강력하다. 이는 공정 처리능력과 생산성이 강화됐음을 의미한다. 아울러 스마트폰, IoT 기기, 서버 등 성능 대비 사이즈가 중요한 애플리케이션 내에서 보다 다양하게 활용될 수 있고, 효율성 역시 최고 수준임을 뜻한다. 또 다른 장점이 있다. DUV 공정의 경우 웨이퍼 하나를 만드는 데 여러 개의 마스크가 필요한데, 그 이유는 요즘 출시되는 칩을 만드는 데 필요한 회로가 너무 복잡해서 마스크 하나로는 부족하기 때문이다. 그러나 EUV를 활용하면 회로를 보다 작고 세밀한 형태로 구현할 수 있어, 정교한 단일 패턴을 사용할 수 있다. 마스크를 많이 사용할수록 공정 단계도 그만큼 늘어나 생산 기간이 늘어나고 결과적으로 출시 소요 기간도 길어진다. 단일 패턴을 활용하면 생산성이 향상되면서 소비자 입장에서는 시간과 비용이 절감되는 효과가 있다. 선점을 통한 우위 삼성전자는 EUV 기술에서 우위를 점하고 있다. 뛰어난 반도체 제조 기술과 전문성을 바탕으로 EUV 공정을 D램 생산에 성공적으로 적용한 바 있다. 이미 특정 EUV 적용 제품은 양산 체제에 돌입했으며, 가까운 장래에 보다 큰 규모로 생산 용량을 확대할 준비를 하고 있다. 올해 초 삼성전자는 EUV 기술에 기반한 10 nm급(D1x) DDR4 D램 모듈 100만 개를 출고했다고 발표했다. 이 모듈은 글로벌 고객 평가를 마쳤으며, 이 성과를 바탕으로 앞으로 EUV를 첨단 공정에 활용해 고성능 PC, 모바일, 기업용 서버, 데이터센터 등 다양하게 적용되는 솔루션을 구축할 수 있게 됐다. 한편 삼성전자는 올해 초 경기도 화성에 위치한 반도체 신규 생산라인에서 생산을 시작했는데, 이 시설은 삼성 최초의 EUV 기술 전용 생산라인이다. 이제 당사는 10nm급 공정 기술을 기반으로 한 16 Gb LPDDR5 모바일 D램 칩을 제조하기 위해 첫 대규모 생산 라인의 가동을 개시하면서 기술의 경계를 더욱 확장하고 있다. 특히 업계에서 EUV를 이 공정에 적용한 것은 삼성전자가 최초이다. 삼성전자는 업계 기술을 선도하는 제품을 제조하는 기업일 뿐만 아니라, 혁신과 고품질로 신뢰를 구축해온 기업이기도 하다. 특히 앞서 나갈 수 있었던 이유는 EUV의 미래 가치를 일찍이 알아보고 EUV 공정을 기기 솔루션 분야에 선제적으로 적용해 왔기 때문이다. EUV의 미래 여정은 계속되며 목적지에는 아직 도달하지 않았다. 따라서 삼성전자는 모든 결함을 해소하기 위한 노력을 기울이며, 미래를 위한 준비작업을 하고 있다. 아울러 로드맵을 수립하고 EUV 공정을 적용한 D램 솔루션을 보다 광범위하게 구축하기 위한 준비중이다. EUV는 현재도 엄청난 잠재력을 보유하고 있으며 미래에도 수많은 애플리케이션의 혁신을 촉진할 것으로 예상되나, 그 이후는 누구도 장담할 수 없다. 하지만 삼성전자는 소비자와 업계 모두에 이득이 되는 결과를 창출하는 것을 최우선 과제로 삼을 것이다.